CN105075043B - 具有安全供电单元的安全开关装置 - Google Patents

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Abstract

用于故障安全地接通或关断技术设备(11)的安全开关装置(10)具有用于拾取输入信号的输入端(24)以及对输入信号进行处理并且生成用于接通以及关断技术设备(11)的作为输入信号的函数的输出信号的故障安全控制/评估单元(28)。安全开关装置还具有供电单元(50)，具有接地端子(60)的所述供电单元为控制/评估单元(28)提供至少一个操作电压，其中，供电单元(50)经由馈电线(52)拾取输入电压，并且在输出侧上提供限定的输出电压。如果瞬时输出电压大于限定的输出电压，则对供电单元(50)的供电中断。中断的原因在于：串联连接的第一开关元件(54)和第二开关元件(56)将供电单元的输入端(58)连接至接地连接(60)，并且借助于馈电线(52)中的断续器元件(62)，所述断续器元件(62)当第一开关元件(54)和第二开关元件(56)处于闭合低阻抗状态时触发。在第一开关元件(54)与第二开关元件(56)之间设置有参考点(64)，当第一开关元件(54)处于闭合低阻抗状态并且第二开关元件(56)处于断开状态时，所述参考点(64)的电压值为第一预期值(66)，并且当第一开关元件(54)处于断开状态并且第二开关元件(56)处于闭合低阻抗状态时，所述参考点(64)的电压值为第二预期值(68)。

Description

具有安全供电单元的安全开关装置
技术领域
本发明涉及用于以故障安全方式接通或关断技术设备的安全开关装置，该安全开关装置包括用于接收输入信号的输入端，包括对输入信号进行处理以响应于所述输入信号来生成用于接通或关断该技术设备的输出信号的故障安全(failsafe)控制/评估单元，包括用于为控制/评估单元提供至少一个操作电压的供电单元，所述供电单元具有接地连接，其中，供电单元经由馈电线接收输入电压并且在输出侧上提供限定的输出电压。
背景技术
例如从DE 10 2006 004 558 A1知晓此类安全开关装置。
安全开关装置和故障安全控制/评估单元就本发明分别是开关装置和控制/评估单元而言分别至少符合遵循标准EN ISO 13849-1的PI d(性能等级)和/或遵循EN/IEC62061的SIL 2(安全完整性等级)。特别地，这包括用于控制和实施工业生产环境领域中的安全关键任务的开关装置、安全控制器以及传感器模块和致动器模块。特别地，已知以下开关装置，所述开关装置对紧急关断按钮或防护门的操作位置或例如光栅的功能状态进行监视，并且响应于操作位置或功能状态而关断机器或机器区域。此类安全开关装置的故障对操作人员会有威胁生命的后果，因此只有在相关监管机构认可这些安全开关装置时才可以使用这些安全开关装置。
一般地，此类安全开关装置包括用于连接发信号装置的输入端、用于故障安全地关断负载的输出侧开关装置、响应于发信号装置来控制开关装置的控制/评估单元、以及用于提供操作电压的供电单元。
安全开关装置中使用的供电单元通常用于提供用于安全开关装置的电气部件的特定操作电压。一般地，将较高的DC电压或AC电压转换成一个或多个较低的操作电压。
在安全开关装置的情况下，外部供电单元最初通常用作对危害人体的电流的防备，使得即使在部件有缺陷的情况下仍将最大输出电压限制在对人类无危险的值。就普通安全开关装置而言，这个绝不能超过的最大输出电压通常是65伏特，其中，用于安全开关装置的操作的标称电压通常是24伏特。
为了将能量提供给电气组件，安全开关装置包括另外的供电单元，所述另外的供电单元通常集成于安全开关装置中并且将由外部供电单元提供的例如24伏特的额定电压转换成所需要的较低的操作电压，例如，诸如3.3伏特、5伏特、12伏特或24伏特。必须包括这些供电单元以对最高达65伏特的过电压进行管理，使得即使在供电单元内存在任何有缺陷的组件，过电压仍不损坏安全开关装置的要供以能量的元件。
例如，用于安全开关装置的此类过电压保护装置可从DE 10 2008 051 514 A1获知。所描述的装置在这种情况下包括比较器和电可控电流关断装置，所述电可控电流关断装置在出现过电压时中断通向安全模块的电流通路。在过电压保护情况下的缺点是：在过电压保护电路中特别是在电流关断元件中的有缺陷组件甚至会在要供以能量的组件中导致过电压，并且所述过电压会损坏所述的要供以能量的组件。
DE 44 36 858 C2公开了具有串联连接的多个限制器元件的另外的过电压保护装置，其中，将此串联连接布置在受限的两个当前连接之间。限制器元件的正向电压之和限定电流连接之间的最高容许电压。可以借助于部分地桥接各个限制器元件并且通过读回限制器元件处的电压变化，可测试限制元件的操作性并且从而测试整个保护装置的操作性。过电压保护装置的缺点是该度量仅对暂态过电压有效。然而，持续出现的过电压会对过电压保护装置的组件造成损坏，从而导致不安全状态。
总而言之，已知用于供电单元的另外的过电压保护装置被称为箝位电路。在箝位电路的情况下监测输出电压并且当出现过电压时借助于晶闸管使输入端对地短路。这导致熔丝例如保护熔丝触发并且电流供给永久中断。与前面提到的过电压保护装置相比，箝位电路具有的优点是电流供给安全且永久地被中断。然而，箝位电路的缺点在于以下事实：仅当供电单元的输入端实际上对地短路并且熔丝触发时才能够测试电路的操作性。因此不可能在运行操作期间执行测试。
在此背景下，本发明的目的是提供一种有效地受到保护而免于过电压并且可以在运行操作期间测试保护机制的安全开关装置。
发明内容
根据本发明的一个方面，该目的借助于序言中所提到的此类安全开关装置来实现，其中，第一开关元件和第二开关元件串联连接并且将供电单元的输入端连接至接地连接，并且其中，如果第一开关元件和第二开关元件处于低阻抗状态，则馈电线中的断续器元件触发，其中，在第一开关元件与第二开关元件之间布置有参考点，并且在第一开关元件处于闭合低阻抗状态的情况下并且在第二开关元件处于断开状态的情况下，所述参考点的电压值与第一限定预期值对应，并且在第一开关元件处于断开状态并且第二开关元件处于闭合低阻抗状态的情况下所述电压值与第二限定预期值对应。
因此，新的安全开关装置的过电压保护装置基于箝位电路的基本原则。串联连接的第一开关元件和第二开关元件将供电单元的输入端连接至接地连接。如果当前的输出电压大于限定的输出电压，则闭合两个开关元件并且以低阻抗的方式将馈电线接地。从馈电线通过断续器元件例如保护熔丝流至地的所得高电流触发断续器元件，并且供电单元与馈电线安全永久地分离。对供电单元的电流供给完全中断。
与在现有技术中所知的箝位电路相比，过电压保护装置从而包括与第一开关元件串联连接的另外的第二开关元件。为了触发断续器元件，必须致动并且同时闭合两个开关元件。此外，在开关元件之间设置有参考点，并且根据第一开关元件或第二开关元件的状态，在所述参考点处出现不同的限定电压电平。例如，如果仅第一开关元件处于低阻抗状态，则相比于如果仅第二开关元件处于低阻抗状态，在参考点处出现更高的电压值。如果第一和第二开关元件正常运行，则能够确定参考点处的电压的精确的预期值。
第一开关元件和第二开关元件的操作性以及与其相关联的整个箝位电路的操作性能够以简单的方式通过该布置即通过单独闭合开关元件以及将在参考点处的当前电压与预期值相比来测试。
特别有利的是，能够在运行操作期间测试安全功能，而不必停止技术设备。同时，在测试过程期间保护功能保持完全完好。如果过电压出现而两个开关元件中的一个开关元件为了测试目的而处于低阻抗状态时，则安全功能仍能够触发的原因在于：另一个开关元件也转变成低阻抗状态。随后触发断续器元件导致安全开关装置与电流供给分离，于是技术设备默认转变成安全无危险的状态。
新的发明的另外的优点存在于以下事实中：作为可以测试供电单元的安全功能的结果，安全开关装置能够以非常经济有效的方式实现根据上面提到的相关安全标准EN ISO13849-1和EN/IEC 62061的PL e或SIL 3。为了验证用于部分系统的PL e/SIL 3，能够指示诊断覆盖率DC是有必要的。然而，仅可以在能够连续测量部分系统的安全功能时确定诊断覆盖率DC。由于当计算安全特征值时有必要根据IEC 61508，比EN/IEC 62061排名更高的标准，来考虑电压供给，并且从而将它估计为部分系统，所以连续地测试它的安全功能是有利的。能够以非常简单的方式借助于根据本发明的装置来实现这类测试过程。
因此，上面提到的目的完全实现。
在优选的改进中，安全开关装置包括控制元件，所述控制元件选择性地致动第一开关元件或第二开关元件并且将参考点处的电压值与第一预期值和第二预期值进行比较。
可以借助于控制单元使测试过程自动化。为了这个目的，控制元件交替地致动第一开关元件和第二开关元件并且将出现在参考点处的电压与预配置的预期值进行对比。预期值优选地存储于储存器中，但是它们也能够借助于可变的参考元件如二极管或可调节的分压器例如齐纳(Zener)来提供。借助于对所测量的电压与预期值进行的比较，可以测试各个开关元件的操作性，并且从而测试整个保护装置的操作性。在该改进的情况下特别有利的是，能够连续测试保护装置。
在另一个改进中，如果第一开关元件和第二开关元件处于断开状态，在参考点处出现第三限定预期值。
如果第一开关元件和第二开关元件两者都处于断开即非导电状态，则在参考点处出现不同于第一预期值和第二预期值的另外的电压值。优选地，该电压值是第一预期值和第二预期值的平均值。此外，该平均值优选地尤其取决于输入电压，使得有缺陷的开关元件不会由波动的输入电压来错误地表示。在一种实施例中，将分压器直接设置在断续器元件的下游，使得以简单且经济有效的方式生成该平均值。为了其他合理性测试，能够以有利的方式估计第三限定预期值。
在又一个改进中，在仅一个开关元件处于闭合低阻抗状态的情况下断续器元件不触发。
仅在两个开关元件两者都处于低阻抗状态的情况下，供电单元的输入端才短路。因此，两个开关元件能够在断续器元件不触发的情况下单独地被致动。该改进使得可以独立地测试开关元件。
在再一个改进中，安全开关装置包括连接至输出电压的第一监视单元和第二监视单元，其中，如果输出电压超过第一限定电压值，则第一监视单元在致动第一开关元件，并且如果输出电压超过第二限定电压值，则第二监视单元致动第二开关元件。
在该改进中，由相应的监视单元单独地致动开关元件，其中，第一监视单元致动第一开关元件，并且第二监视单元致动第二开关元件。第一监视单元和第二监视单元连接至供电单元的输出电压并且被配置成使得它们能够对输出电压相对于第一限定电压值或第二限定电压值的偏差进行检测，并且彼此独立地致动第一开关元件和第二开关元件。优选地，第一限定电压值与第二限定电压值相等。因此，增加了的输出电压导致两个开关元件进入低阻抗状态并且供电单元的输入端接地短路。能够借助于将输出电压与限定参考电压进行比较的比较器来实现第一监视单元和第二监视单元。然而，可替选地，还可以使用不同的电路来检测电压偏差。
能够在特别优选的改进中调节第一限定电压值和第二限定电压值。
可以通过可调节的第一电压值和第二电压值来改变借助于监视装置使开关元件致动的电压差。这样，可以以灵活而简单的方式来调整容差范围。
在再一个改进中，安全开关装置包括控制元件，该控制元件能够独立于当前输出电压地调整第一监视单元和/或第二监视单元。
可以借助于控制元件来独立于当前输出电压地调节第一监视单元和/或第二监视单元，换言之，即使这没有出现，第一监视单元和/或第二监视单元仍能识别出增加了的电压。结果，能够以非常简单的方式以及用很少的组件以经济有效的方式来测试监视单元的操作性以及此外经由监视单元控制的开关元件的操作性。因此，该改进特别有利，因为这样能够以完全自动的方式来测试过电压保护功能。
在再一个改进中，故障安全控制/评估单元包括至少两个处理单元，所述两个处理单元以相对于彼此冗余方式对输入信号进行处理并且响应于输入信号而执行逻辑信号操作以生成输出信号。
均具有至少一个处理单元的两个冗余信号处理通道有助于安全开关装置的故障安全。冗余设计描述了关于如何可以在电流安全标准的背景下实现故障安全的一个选项。双通道或多通道安全开关装置使得任务可以进入相关安全标准的PI d或SIL 2。
在特别优选的改进中，控制/估计单元的两个处理单元需要必须由供电单元提供的不同的操作电压。
借助于处理单元的不同电压需求而创建的多样冗余使得可以增强故障安全。在电压降的情况下，处理单元以不同的方式有利地反应并且至少相对于时间偏移。
在再一个改进中，供电单元被配置成提供至少一个另外的操作电压，其中，第三监视单元和第四监视单元连接至另外的操作电压，并且如果另外的操作电压超过第三限定电压值，则第三监视单元致动第一开关元件，并且如果另外的操作电压超过第四限定电压值，则第四监视单元致动第二开关元件。
在该改进中，供电单元提供至少一个另外的操作电压。还借助于两个附加的监视单元来监视该操作电压以检测偏差。在操作电压的非预期偏差的情况下，致动第一开关元件和第二开关元件，并且因而中断对供电单元的供电。这样，能够由供电单元生成多个不同的操作电压，所述操作电压重新参考相同的过电压保护机制。
应当理解，上面提到的特征和在下面还要解释的特征在不偏离本发明的范围的情况下不仅能够用于分别公开的组合，而且能够用于其他组合或用于其自身。
附图说明
本发明的示例性实施例在附图中图示，并且进一步在以下描述中说明。在附图中：
图1图示了安全开关装置的示例性实施例的简化视图，
图2图示了安全开关装置的供电单元的示例性实施例的示意图，
图2a图示了图2所示的示例性实施例的状态图，
图3图示了图2所示的示例的实施例的实现实例。
具体实施方式
图1图示了用于以安全故障的方式接通或关断危险设备11的安全开关装置10的示例性实施例的简化视图。换言之，安全开关装置10用于与安全相关的任务。例如，设备11包括自动机12，所述自动机12在工作操作期间的运动对出现在自动机12的工作区的个人造成风险。为此，借助于具有防护门14的防护栏来保护自动机12的工作区。例如，防护门14使得能够进入自动机12的工作区来进行维护工作或安装工作。然而，在正常工作操作期间，只有防护门14闭合时自动机12才可以进行操作。只要防护门14断开，则自动机12必须以不同的方式关断或转变成安全状态。
为了检测防护门14的闭合状态，将具有门部16和框部18的防护门开关附接至防护门14上。框部18在线路19上生成防护门信号，并且所述防护门信号经由线路19被传输至新的安全开关装置10。
安全开关装置10包括用于接收输入信号的至少一个输入端，如用于接收通过线路19传输的防护门信号的至少一个第一输入端。在该示例性实施例中，安全开关装置10包括具有多个输入端和输出端的I/O部24。这些输入端和输出端以连接(外部连接或装置连接)的形式进行配置。在一些示例性实施例中，这些连接是被布置在安全开关装置10的壳体27的壳体表面上的连接端子或场端子。例如，所述连接可以是弹簧型端子或螺杆型端子。在另一些示例性实施例中，所述连接可以是插入式连接器或者包括多个接触元件(插脚)的插座，其中，在每种情况下一个插脚形成一个连接。往往，具有5个接触插脚的M8插座用于将发信号装置或其他传感器连接至场平面。因此，新的安全开关装置10的示例性实施例可以是或可以包括被布置在与自动机12物理上接近的开关柜外的场装置。
安全开关装置10还包括故障安全控制/评估单元28。控制/评估单元28对输入信号如经由线路19传输的防护门信号进行处理，以生成响应于其来接通或关断危险的设备11的输出信号。在该示例性实施例中，故障安全控制/评估单元28包括两个处理单元28a和28b。处理单元28a和处理单元28b中的每一个连接至I/O部24。处理单元28a和处理单元28b相对于彼此以冗余的方式对输入信号进行处理，并且(例如通过比较如图1中由箭头29所示的信号)执行逻辑信号操作以响应于所述逻辑信号生成输出信号。因而，安全开关装置10在该示例性实施例中包括两个冗余信号处理通道。例如，能够以微控制器的形式来设置处理单元。可以使用微处理器、ASIC、FPGA和/或执行逻辑操作的其他信号处理电路来代替两个微控制器。输出信号用于控制开关元件以关断自动机12。因而，此类安全开关装置10能够用于以故障安全(FS)的方式来关断在该情况下为关断自动机12的设备11。
在此处所图示的情况下，安全开关装置10包括两个冗余开关元件30a和30b。这两个开关元件中的每个开关元件能够通过高电压电势连接至安全开关装置10的输出端或装置连接38a和38b，以使得电流能够流至接触器40a，40b或者中断该电流。因此，开关元件30中的每个开关元件能够关断致动器如接触器或电磁阀。
接触器40a和接触器40b中的每一个包括工作触点42a和42b。工作触点42a和42b在这种情况下彼此串联地布置在从电流供给44到自动机12的电流供给路径中。只要安全开关装置10关断接触器40a和接触器40b，则触点42断开并且向自动机12的电流供给被关断。对技术人员而言清楚的是，此处通过示例来描述这类“彻底的”关断。作为其可替选方案，可以在安全需求的情况下仅关断自动机12的一部分如危险的驱动器，而自动机12的其他部分保持运行准备就绪。延迟关断也是可行的，使得自动机12在必要时能够在关断驱动器之前以受控的方式来减速。
安全开关装置10在该示例性实施例中响应于来自线路19上的防护门开关的信号并且响应于来自紧急关断按钮46的另外的输入信号来控制开关元件30a和30b。紧急关断按钮46还通过线路连接至安全开关装置10的装置连接。特别地，安全开关装置10包括用于从紧急关闭按钮46接收输入信号的第二输入端。优选地，每个输入信号以冗余的方式出现，或者更确切地说，能够在每种情况下提供两个输入和输出线路和连接(图1未图示)。在如图1所图示的示例中，可以给紧急关断按钮46设置两个输入线路或输入端，每个输入线路或输入端传递来自紧急关断按钮46的输入信号。以类似的方式将这种设置应用于来自防护门开关的信号。
在一些示例性实施例中，安全开关装置10生成被发送至各个发信号装置的输出信号。例如，此类输出信号通过线路48传输至防护门开关的框部18。如果门部16位于框部18附近，换言之，如果防护门14闭合，则框部18将安全开关装置10的输出信号从线路48传递至线路19。因而，安全开关装置10能够借助于线路48上的输出信号以及借助于线路19上的输入信号来监视防护门开关。安全开关装置10以类似的方式监视紧急关断按钮46。
偏离图1中的图示，实践中往往使用来自安全开关装置10的两个冗余输出信号，所述信号在每种情况下通过分开的信号线路传输至发信号装置并且通过该发信号装置传输回安全开关装置10。例如，关于这样的实现过程的示例，参考DE 102004020995A1，其通过关于此类过程的细节来参考对发信号装置的冗余监视而包括在本文中的。另外，如上面提到的，实践中往往使用冗余的输入输出线路来监视紧急关断按钮46。
图2图示了新的安全开关装置10的供电部50的示例性实施例的简化示意图。主要地，供电单元50包括馈电线52、电压转换器78和过电压保护装置86，所述馈电线具有断续器元件62。
输入电压经由线路52传输至电压转换器78，并且所述输入电压在安全开关装置的情况下通常由外部供电单元来提供并且是DC电压。因此，电压转换器78是DC电压转换器(DC-DC转换器)。然而，可选地，还能够在输入端处以及所使用的对应电压转换器处施加任何不同的DC电压或AC电压。电压转换器78在输出侧上提供与安全开关装置的操作有关操作电压，例如3.3伏特或5伏特。
馈电线中的断续器元件62取决于电流并且当通过断续器元件的电流超过限定值时触发。断续器元件62能够体现为例如简单的保护熔丝，其中，如果超过限定电流强度，则使熔断元件熔化。可替选地，还可以使用复杂的过电流保护装置，如，例如断路器，如果电流超过预定电流强度持续预定时间段，则断路器中断电流电路。
过电压保护装置86在根据图2的示例性实施例中包括两个串联连接的开关元件54和56、两个监视装置74和76，控制元件70以及分压器80。串联连接的开关元件54和56将断续器元件62的下游和输入端58的上游的馈电线52连接至接地端子60。在正常操作期间，两个开关元件54和56断开，换言之，至接地端子60的电流中断。如果出现对供电部的部件有危险的非预期状态，则两个开关元件54和56闭合，换言之，进入低阻抗状态，并且馈电线52连接至接地端子60而短路。结果，馈电线52的电流强度增加至高达这样的点，在所述点处，断续器元件62所决定的电流强度被超过并且所述断续器元件触发。在断续器元件62触发之后，电压转换器78的输入端58与馈电线52完全分离。
在该示例性实施例中，两个监视单元74和76负责致动开关元件54和开关元件56。监视单元两者都连接至电压转换器78的输出端并且评估由所述电压转换器生成的电压。优选地，监视单元是将输出电压79与限定的参考电压进行比较的比较器。如果输出电压79以非典型的方式偏离预限定的期望电压，则第一监视单元74致动第一开关元件54并且第二监视单元76致动第二开关元件56。如果两个开关元件54和56如上面描述的闭合，则断续器元件62触发并且电流供给中断。
将参考点64设置在第一开关元件54和第二开关元件56之间，并且能够在所述参考点处捕获电压值。电压值在取决于第一开关元件54和第二开关元件56的开关状态的第一预期值66、第二预期值68或第三预期值72的范围内。如果第一开关元件54闭合并且第二开关元件56断开，则满足第一预期值66。当开关元件位于相反的位置时，换言之，如果第二开关元件56闭合并且第一开关元件断开，则满足第二预期值68。如果两个开关元件54和56断开并且装置正以正常方式操作时，则满足第三预期值。优选地，第三预期值72是第一预期值66和第二预期值68的平均值，换言之，相对于第三预期值72，第一预期值66表示偏向更高电压，而第二预期值68表示偏向更低电压。
此外，参考点连接至分压器80的中间触点，其中，分压器相应地在输入侧通过断续器元件62连接至馈电线52。分压器80将参考点处的电压增加了取决于馈电线处的输入电压的限定偏移电压，使得预期值66、预期值68和预期值72也增加。第一预期值66、第二预期值68和第三预期值72间的电压差保持不变。优选地，分压器80通过两个完全相同的电阻器81和81a以对称的方式来体现。
此外，此示例性实施例中的参考点64连接至控制元件70，所述控制元件70能够估计参考点64处的电压并且检测与第一预期值66、第二预期值68和第三预期值72的偏差。此外，控制元件70连接至第一监视单元74和第二监视单元76并且被体现成解调(detune)或调整所述监视单元。术语“解调”在这个背景下被理解为表示：即使当限定的电压施加于电压转换器78的输出端处时，监视单元仍致动相关联的开关元件。例如在监视单元被体现为比较器的情况下，能够通过改变参考电压来进行解调处理。
与预期值的偏差表示了过电压保护装置86的开关元件54和开关元件56中的缺陷。第一预期值66的偏差表示有缺陷的第一开关元件54，而第二预期值68的偏差表示有缺陷的第二开关元件56。优选地，相对于第三预期值来测量第一预期值和第二预期值的偏差。
为了以自动的方式对过电压保护装置86的开关元件和正常操作执行测试，控制元件70以交替的方式来解调或调整第一监视单元74和第二监视单元76，作为其结果，第一开关元件54和第二开关元件56以交替的方式被致动。参考点64处的电压值被读回，并且随后与预期值66、预期值68和预期值72进行比较以测试开关元件54和开关元件56是否正以正常的方式进行操作。在要被监视的技术设备11的运行操作期间，连续执行测试，而在该测试过程期间却不损害保护功能。
图2a中所示的图表阐明了图2中所示的示例性实施例能够呈现的各个状态。为了这个目的，图表划分成6段(I至VI)，每段代表过电压保护装置86的状态。附图标记82和附图标记84的曲线图示出了开关元件54和开关元件56的开关状态。借助于曲线图82图示其状态的第一开关元件54处于断开的非导电状态(由0图示)，或者处于闭合的导电状态(由1图示)。第二开关元件56的状态以类似的方式借助于曲线图84变得明显。
过电压保护装置86在段I、段III和段V中处于正常操作。术语“正常操作”在这个背景下表示：正对输出电压进行积极地监视并且目前没有对开关元件进行测试。开关元件54和开关元件56断开，并且参考点64处的电压值在第三预期值72的范围内。
段II图示了对第一开关元件的测试。第一开关元件54闭合并且当开关元件54以适当的方式进行操作时，在第一预期值66的范围内的电压值出现在参考点64处，该示例中的所述预期值大于第三预期值72。段IV以类似的方式图示了对第二开关元件56的测试。在这种情况下，当开关元件56以正常方式运行时，在参考点64处的电压下降至在第二预期值68的范围内的值。在此处所图示的示例性实施例的情况下，第三预期值72是第一预期值66和第二预期值68的平均值。
最后一段VI图示了在过电压出现时开关元件54和开关元件56的状态。第一开关元件54和第二开关元件56闭合，作为其结果，馈电线52连接至接地端子60而短路。在参考点64处出现非限定的值，直至断续器元件62触发并且整个装置与馈电线52分离的时间点。
图3图示了使用图2中所示的示例性实施例的开关技术特别是过电压装置86的有利实现。相同的附图标记表示如图2所示的相同部分。平行于馈电线52，平滑电容器91最初并联连接并且断续器元件62位于所述平滑电容器的下游，所述断续器元件62是该示例性实施例中的可再设定的PTC熔丝。并联连接的分压器80位于断续器元件62的下游，所述分压器在这种情况下由两个对称的电阻器81和81a来体现，并且在参考点64处的输出侧提供馈电线52的大小的一半的偏移电压。
在图3中所图示的示例性实施例中，由外部供电单元提供施加于馈电线52处的例如24伏特的电压。通过断续器元件62将馈电线52连接至供电单元(此处未示出)的输入端58。在未图示的供电单元的情况下，所述供电单元可以是DC-DC转换器，该DC-DC转换器将在这种情况下的24伏特的输入电压转换成在这种情况下的3.3伏特的输出电压79和79a。供电单元的输出电压79和79a连接至过电压保护装置86的第一监视单元74和第二监视单元76。
第一监视单元74和第二监视单元76通过分压器92和92a将输出电压79和79a分别连接至参考元件90和90a。参考元件90和参考元件90a在这种情况下是可变的齐纳分路控制器。如果将被提供的输出电压79和79a大于由分压器92和92a和参考元件90和90a所限定的最高输出电压，则第一开关元件54和第二开关元件56被致动。第一开关元件54和第二开关元件56被串联连接，并且将断续器元件62的下游的馈电线连接至接地端子64。优选地，开关元件是通过控制电路94和94a分别连接至参考元件90和90a的自锁n通道MOSFET 88和自锁n通道MOSFET 88a。如果两个开关元件由于偏离的输出电压79和79a而闭合，则馈电线52短路并且断续器元件62触发。
电路进一步规定监视单元74和76中的每个监视单元能够被分别解调或调整。为了这个目的，改变参考元件90和90a的可控参考电压。通过分压器92和92a来设置参考电压，其中，借助于附加的开关元件93和93a来桥接分压器92和92a的第一电阻器。桥接布置使分压器92和92a的输出侧电压发生变化并且从而使参考元件90和90a的参考电压发生变化。因此，参考电压的调整使相关联的开关元件54和56致动。通过在连接96处出现并且致动开关元件93的信号来执行对第一监视单元74的解调。通过连接96a和开关元件93a以类似的方式来解调第二监视单元76。因此，能够借助于逻辑信号例如借助于未详细图示的控制元件来单独自动地致动开关元件54和开关元件56。
此外，可以通过连接98来测量参考点64处的电压，并且从而以先前描述的方式来测试开关元件54和开关元件56的操作性以及与其相关联的整个过电压保护装置86的操作性。

Claims (11)

1.一种用于以故障安全方式接通或关断技术设备(11)的安全开关装置(10)，包括用于接收输入信号的输入端(24)，包括对所述输入信号进行处理以响应于所述输入信号来生成用于接通或关断所述技术设备(11)的输出信号的故障安全控制/评估单元(28)，以及包括用于为所述控制/评估单元(28)提供至少一个操作电压的供电单元(50)，所述供电单元(50)具有接地连接(60)，其中，所述供电单元(50)经由馈电线(52)接收输入电压，并且在输出侧上提供限定的输出电压，其特征在于以串联方式布置并且将所述供电单元的输入端(58)连接至所述接地连接(60)的第一开关元件(54)和第二开关元件(56)；并且特征在于所述馈电线(52)中的断续器元件(62)，当所述第一开关元件(54)和所述第二开关元件(56)处于闭合低阻抗状态时，所述断续器元件(62)触发，其中，在所述第一开关元件(54)与所述第二开关元件(56)之间布置有参考点(64)，当所述第一开关元件(54)处于闭合低阻抗状态并且所述第二开关元件(56)处于断开状态时，所述参考点的电压值与第一预期值(66)对应，并且当所述第一开关元件(54)处于断开状态并且所述第二开关元件(56)处于闭合低阻抗状态时，所述电压值与第二预期值(68)对应。
2.根据权利要求1所述的安全开关装置，其特征在于控制元件(70)，所述控制元件(70)选择性地致动所述第一开关元件(54)或所述第二开关元件(56)并且将所述参考点(64)处的电压值与所述第一预期值(66)和所述第二预期值(68)进行比较。
3.根据权利要求1或2所述的安全开关装置，其特征在于在所述第一开关元件(54)和所述第二开关元件(56)处于断开状态的情况下在所述参考点(64)处出现的第三预期值(72)。
4.根据权利要求1或2所述的安全开关装置，其特征在于，在仅所述第一开关元件(54)或所述第二开关元件(56)处于闭合低阻抗状态的情况下，所述断续器元件(62)不触发。
5.根据权利要求1或2所述的安全开关装置，其特征在于连接至所述输出电压的第一监视单元(74)和第二监视单元(76)，其中，如果所述输出电压超过第一限定电压值，则所述第一监视单元(74)致动所述第一开关元件(54)，并且如果所述输出电压超过第二限定电压值，则所述第二监视单元(76)致动所述第二开关元件(56)。
6.根据权利要求5所述的安全开关装置，其特征在于，所述第一限定电压值和所述第二限定电压值是可调节的。
7.根据权利要求5所述的安全开关装置，其特征在于能够独立于瞬时输出电压地对所述第一监视单元(74)和/或所述第二监视单元(76)进行调节的控制元件(70)。
8.根据权利要求1或2所述的安全开关装置，其特征在于，所述故障安全控制/评估单元(28)包括至少两个处理单元(28a，28b)，所述两个处理单元(28a，28b)以相对于彼此冗余的方式对所述输入信号进行处理并且执行逻辑信号操作以响应于所述输入信号生成所述输出信号。
9.根据权利要求8所述的安全开关装置，其特征在于，所述至少两个处理单元(28a，28b)需要不同的操作电压。
10.根据权利要求1或2所述的安全开关装置，其特征在于，所述供电单元(50)被配置成生成至少一个另外的操作电压，其中，第三监视单元和第四监视单元连接至所述另外的操作电压，如果所述另外的操作电压超过第三限定电压值，则所述第三监视单元致动所述第一开关元件(54)，并且如果所述另外的操作电压超过第四限定电压值，则所述第四监视单元致动所述第二开关元件(56)。
11.一种用于监视安全开关装置(10)的供电单元(50)的方法，所述安全开关装置(10)用于以故障安全方式接通或关断技术设备(11)，包括用于接受输入信号的输入端(24)，包括对所述输入信号进行处理以响应于所述输入信号来生成用于接通或关断所述技术设备(11)的输出信号的故障安全控制/评估单元(28)，其中，所述的供电单元(50)具有接地连接(60)，并且经由馈电线(52)接收输入电压，并且在输出侧上提供限定的输出电压，其特征在于串联连接并且将所述供电单元的所述输入端(58)连接至所述接地连接(60)的第一开关元件(54)和第二开关元件(56)，并且特征在于，在所述第一开关元件(54)和所述第二开关元件(56)同时被致动的情况下进行触发的所述馈电线(52)中的断续器元件(62)，其中，在所述第一开关元件(54)与所述第二开关元件(56)之间布置有参考点(64)，并且在所述参考点处读出电压值，其中，在所述第一开关元件(54)处于闭合低阻抗状态的情况下并且在所述第二开关元件(56)处于断开状态的情况下，所述电压值在第一预期值(66)的范围内，并且在所述第一开关元件(54)处于断开状态并且所述第二开关元件(56)处于闭合低阻抗状态的情况下，所述电压值在第二预期值(68)的范围内。
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